.128 北京科技大学学报 第16卷 的Fe-C-Si-Mn合金，其化学成分见表1.在1450℃向铁液中吹氮气加人纯氮， 表1实验材料化学成分，% Table 1 Chemical composition of experimental materials,% 试料序号 试料种类 C Si Mn 内 1 亚共晶Fe-C-Si 3.27 2.15 0.16 0.005 0.006 2 近共晶Fe-C-Si 3.45 3.45 0.16 0.005 0.006 近共晶Ffe-C-Si-Mn 3.45 3.45 0.80 0.005 0.006 取实验材料70g,装入内径8mm的刚玉管内，在L.M.C单向凝固炉中熔化并过热至 1450℃，保温30min,以16.7μm/s的速度拉60mm使其稳定凝固；然后分别以16.7m/S、 4.2μm/s和0.5μm/s的速度拉45mm,以考察不同凝固速度时氮的作用效果.L.M.C.单向 凝固炉固液界面处的温度梯度为121℃/cm,炉温控制精度为土0.5℃. 在金相显微镜下观察单向凝固试样的初生奥氏体组织，测定二次枝晶臂间距.由于在一 次枝晶的前端和末端的二次枝晶臂间距不同，本实验在测定时从一次枝晶前端第6个二次枝晶 开始，数10个二次枝晶，测量其平均间距.每个样品取7个一次枝晶测量二次臂间距，取 中间5组数据的平均值.当凝固速度为4.2m/s和0.5m/s时，在试样上难以找到一次枝品 前端，测量时从界面上第3个二次枝晶开始数起· 2实验结果 图1是实测初生奥氏二次臂间距与含氨量关系曲线·对实测生长速度()和含氨量C 及二次臂间距（山）做回归分析，得出以下关系式· 对于亚共品Fe-C-Si灰铸铁 d2=58.00-1496.99[CJ+42.81V-/3+182.44[CN]V-1/3 y=0.902 (1) 对于近共晶Fe~C-Si灰铸铁 d2=39.69-1004.22[C1+40.2V-13-1732.50[CJV-13 y=0.993 (2) 对于近共晶Fe-C-Si-Mn灰铸铁 d2=38.61-167.81[CJ+45.35V-3-2123.92[CJV-3y=0.983 (3) 比较(1)式至(3)式中各项系数可知，对于亚共晶Fe-C-Si灰铸铁，含氨量与生长 速度的交互作用对二次臂间距的影响很小，即生长速度对氮的作用效果几乎没有影响，二次 臂间距基本上是单独与[CN]和V-I/3项呈线性关系的.对于近共晶Fe-C-Si和Fe-C-Si-Mn 灰铸铁，[C]V-3项对d2有十分显著的影响，这说明在含碳量较高的近共晶灰铸铁中， 含氮量对二次臂间距的影响效果和凝固速度有着十分密切的关系，凝固速度愈慢，氨的作用 愈显著.对于Fe-C-Si-Mn灰铸铁，CN项对d2影响很小，比Fe-C-Si灰铸铁小1个数 量级左右，可见锰含量较高时氮的作用与凝固速度的关系更为密切，比较(2)式和(3) 式可知，当满足V>0.lm/s时，氮在Fe-C-Si灰俦铁中的作用效果大于在Fe-C-Si-Mn 灰铸铁中·可见在实际铸造生产的冷却条件下，氮对初生奥氏体二次臂的作用在低锰灰铸铁 中比在高锰灰铸铁中大得多，12 8 北 京 科 技 大 学 学 报 第 16 卷 的 F e 一 C 一Si 一 M n 合金 , 其化学成 分见 表 1 . 在 1 45 0 ℃ 向铁液 中吹氮 气加 人纯氮 表 1 实验材料化学成分 , % I 油U睡 1 ( 》 曰血 , l 阴甲画位扣 成 e x洲向犯川 al n . 加血面 , % 试料序号 试 料 种 类 C 5 1 M n P 亚共 晶 eF 一 C 一 is 近共晶 eF 一 C 一 is 近共 晶 eF 一 C 一 is 一 M n 3 . 27 3 . 45 .3 45 2 . 15 3 . 45 3 . 45 0 . 16 0 . 16 0 . 50 0 . 0 5 0 . 的 5 0 . 田 5 0 . 侧拓 0 . 仪拓 0 . 《叉拓 取 实验材料 70 9 , 装人 内径 8 ~ 的刚玉管内 , 在 L . M . C 单 向凝 固 炉 中熔化并 过热 至 1 4 50 ℃ , 保温 30 m i n , 以 16 . 7拜m / s 的速 度 拉 60 ~ 使其 稳 定 凝 固 ; 然 后 分 别 以 16 .7 月卫 / s 、 4 . 2拼m / s 和 .0 5 拜m / s 的速度拉 4 5 In ln , 以 考 察不 同凝固 速 度时氮 的作用 效果 . L . M . C . 单 向 凝 固炉 固 液界 面处的温度梯 度 为 121 ℃ / cnI , 炉温 控制精度 为 士 0 .5 ℃ . 在 金 相显微镜下观察单向凝 固试样 的初 生奥 氏体组 织 , 测定 二 次枝晶臂间距 . 由于在 一 次枝 晶 的前端和末端的二 次枝晶臂 间距不 同 , 本实验在测定时从一次枝晶前端 第 6 个二次枝晶 开始 , 数 10 个二次枝 晶 , 测量 其平均 间距 . 每 个样 品取 7 个一 次枝 晶 测 量 二 次臂间 距 , 取 中间 5 组 数据 的平均 值 . 当凝 固速度 为 4 . 2声a n / s 和 .0 5 拜m / s 时 , 在试样上 难 以 找到 一 次枝 晶 前端 , 测 量 时从界 面上 第 3 个二 次枝 晶开 始数起 . 2 实验结 果 图 1 是实 测初生 奥 氏二 次臂 间距与 含 氮 量 关 系 曲线 . 对实测 生 长 速 度 ( V) 和 含 氮量 偏 及 二次臂 间距 d( 2 ) 做 回 归分析 , 得 出以 下 关 系式 . 对于 亚共 晶 F e 一 C 一 is 灰铸铁 姚= 5 8 . 0 一 1 49 6 . 9 9 [ q ] + 4 2 . s l V 一 , / ’ + 1 8 2 . 4 [味 ] V 一 ’ l ’ 下= 0 . 9 0 2 ( l ) 对于 近共 晶 F e 一 C 一 is 灰铸铁 鸽= 39 . 6 9 一 l ( x)4 . 2 2 【q l + 4 0 . 2 V 一 , ` , 一 1 7 3 2 . 50 【味 I V 一 ’ / , 下= 0 . 9 9 3 ( 2 ) 对于 近共晶 F e 一 C 一 is 一 M n 灰铸铁 姚= 3 8 . 6 1 一 16 7 . 8 1 [味 ] + 4 5 . 3 5 V 一 ’ / ’ 一 2 12 3 . 9 2 [味 I V 一 ’ `’ 下= 0 . 9 8 3 ( 3 ) 比较 ( l) 式至 ( 3) 式 中各项 系数可 知 , 对于 亚共 晶 F e 一 C 一 iS 灰铸铁 , 含 氮 量 与 生 长 速度 的交互作 用对 二次臂 间距 的影 响很 小 , 即生 长 速度 对氮 的作 用效果 几 乎没 有影 响 , 二次 臂 间距基本上 是单独 与 t味]和 V 一 ’ / ’ 项 呈线性 关系 的 . 对于近共晶 F 。 一 c 一 is 和 F 。 一 c 一5 1 一 M n 灰铸铁 , 【q 』V 一 ’ / ’ 项对 d : 有 十分显著 的影 响 , 这说 明 在 含碳 量 较 高 的 近 共 晶 灰 铸 铁 中 , 含氮量 对二次臂间距 的影 响效果和 凝固速度有着 十分密切 的 关系 . 凝固速 度愈慢 , 氮的作用 愈显著 . 对于 eF 一 C 一 5 1 一 M n 灰铸铁 , q 项 对 姚影 响 很小 , 比 F e 一 C 一 is 灰 铸铁 小 1 个 数 量 级左右 , 可 见锰含量 较高 时氮 的作 用 与 凝 固速 度 的关 系 更 为 密 切 . 比 较 ( 2) 式 和 ( 3) 式 可知 , 当满足 V > 0 . 1召m / s 时 , 氮 在 F e 一 C 一 iS 灰铸铁中的作 用 效 果大 于在 F e 一 C 一 51 es M n 灰铸铁中 . 可 见在 实 际铸造 生产 的冷 却条 件下 , 氮对初 生奥 氏体二次 臂 的作 用在低锰灰铸铁 中 比在 高锰灰铸铁中大得 多